Méthode XFEM pour la Modélisation de grandes ... - Cast3M - CEA

Introduction générale
Introduction générale
Dans les problématiques industrielles, les défauts peuvent apparaître dès la phase de
fabrication des composants, en particulier au niveau des soudures, ou en cours d’exploitation
suite à des conditions de fonctionnement sévères ou mal appréhendées lors de la conception
(sollicitations thermo-mécaniques cycliques, phénomènes de corrosion,…). Les contrôles en
service permettent de détecter la présence de ces défauts dont la stabilité doit être analysée.
Selon les circonstances, ces analyses de nocivité de défaut peuvent conduire à laisser le
composant en l’état ou à une réparation ou au remplacement du composant fissuré voire à un
arrêt de l’installation si celui-ci n’est pas remplaçable.
Dans certains cas, l’analyse de nocivité de défaut peut être réalisée en amont, sur un défaut
hypothétique, afin d’évaluer la tolérance d’un composant à un défaut dans différentes
situations de fonctionnement (nominales et accidentelles). Par exemple, dans le cadre d’une
analyse de fuite avant rupture, on peut être amené à évaluer la stabilité d’un défaut dans une
tuyauterie nucléaire soumise à un séisme. Dans ce cas, le mode de dégradation du composant
peut être une rupture par déchirure ductile.
Les approches globales de la mécanique de la rupture sont des outils efficaces et pragmatiques
mais dans le cas de la déchirure ductile, elles peuvent s’avérer pénalisantes du fait d’un
problème de transférabilité des grandeurs critiques (ténacité et courbe de résistance à la
déchirure ductile) entre éprouvettes de laboratoire et structure. Les modèles d’approche locale
offrent une solution alternative, du moins pour des études nécessitant des outils précis.
Malheureusement, si ces modèles sont bien validés d’un point de vue ‘physique’, leur mise en
œuvre numérique est complexe et délicate, et peut conduire à des difficultés difficilement
contournables. Notamment, les composants de tuyauterie nucléaire sont de grandes
dimensions et peuvent tolérer de grandes propagations en déchirure ductile (plusieurs dizaines
de mm) avant d’atteindre le chargement à l’instabilité. En général la modélisation de ce type
de problématique par l’approche locale ne permet pas de représenter d’aussi grandes
déchirures et se limite bien souvent à quelques mm suite à des problèmes d’ordre numérique.
L’objectif de cette thèse est donc de développer un outil permettant d’étendre le domaine de
validité numérique des modèles d’approche locale pour la rupture ductile aux grandes
propagations de fissure en déchirure ductile. En effet, les modèles mécaniques continus pour
la rupture ductile permettent de représenter la physique de l’endommagement ductile et de
modéliser la propagation de fissure indépendamment de la géométrie du ou des défauts et des
structures étudiées. Cependant des problèmes numériques liés à la présence d’éléments
distordus dans le maillage rendent la prédiction de grandes propagations assez délicate.
Pour supprimer les problèmes numériques liés à l’approche locale, on choisit de coupler cette
dernière à une modélisation discontinue, correspondant à l’introduction d’une fissure réelle
(au sens d’un défaut dont les lèvres sont libres de contrainte) plus adaptée à la représentation
de grandes propagations en déchirure ductile. Il est intéressant de noter que cette
méthodologie peut être transposée à d’autres types de modèle d’approche locale et ainsi à un
processus d’endommagement non ductile. En effet, un des enjeux actuels de la mécanique de
la rupture consiste à être capable de faire la transition entre un modèle continu et un modèle
discontinu pour la prédiction de l’apparition d’un défaut aussi bien que pour celle de la
propagation de la fissure.
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